基于FPGA的OTDR信号采集与处理技术研究

论文摘要

光时域反射仪（OTDR）是光纤通信系统中常用的测试仪器,主要用来表征光纤的传输特性。具体表现在它可以测量整个光纤链路光功率的衰减并提供与长度有关的衰减细节,如探测、定位和探测光纤链路上任何位置的事件。为满足分布式光纤传感器的测量要求,OTDR不仅应具有大动态范围、高分辨率等高性能,还必须与计算机有较强的数据交换能力以及较快的数据处理能力。本文在深入研究光时域反射仪原理与设计的基础上,针对当今OTDR的发展方向,提出了基于FPGA控制的OTDR信号采集与处理技术的新的研究方案。论文采用FPGA作为下位机的主控单元,实现对后向瑞利散射信号放大后的A/D转换数据采集的控制,然后对采集数据做相应的处理,最后开发串口接口将采集到的数据通过串口传递给PC机,在PC机上利用VC++编程来实现对采集到的数据进行显示。论文实现了高速数据采集和点对点的数据传输。FPGA采用Xilinx Spartans系列中的XC3S400PQ208器件实现高速数据采集,串口采用常用的RS232作为点对点的数据传输芯片。通过对实际光纤链路的测量,实现了系统功能,达到设计的要求。

论文目录

• 中文摘要
• abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光时域反射仪的发展
• 1.3 FPGA简介
• 1.4 论文的主要内容安排
• 第二章 光时域反射仪的主要机理
• 2.1 光脉冲在光纤中的传播现象
• 2.2 光时域反射仪技术原理
• 2.2.1 OTDR基本原理
• 2.2.2 OTDR的工作原理分析
• 2.2.3 测试原理
• 2.3 OTDR的动态指标
• 2.3.1 动态范围
• 2.3.2 空间分辨率
• 2.4 小结
• 第三章 基于FPGA的OTDR系统关键模块设计
• 3.1 方向耦合器
• 3.2 信号检测
• 3.2.1 APD
• 3.2.2 APD的特性参数
• 3.3 放大电路设计
• 3.3.1 运算放大器ADA4817-1
• 3.3.2 运算放大器OPA847
• 3.3.3 放大电路构成
• 3.4 A/D转换
• 3.5 小结
• 第四章 数据采集与处理系统设计
• 4.1 FPGA的工作原理及选型
• 4.1.1 FPGA芯片结构
• 4.1.2 基于FPGA的OTDR信号采集与处理开发流程设计
• 4.1.3 FPGA配置方式
• 4.1.4 FPGA选型
• 4.2 系统方案概述
• 4.2.1 A/D采样
• 4.2.2 SPI控制器
• 4.2.3 数据存储模块设计
• 4.2.4 数字信号处理
• 4.3 小结
• 第五章 OTDR界面设计
• 5.1 MFC
• 5.1.1 MFC介绍
• 5.1.2 基于对话框的应用程序
• 5.2 用MSCOMM控件串口编程
• 5.2.1 串口通信
• 5.2.2 串口通信的重要参数
• 5.2.3 RS232协议标准
• 5.2.4 MSComm控件的操作模式
• 5.2.5 MSComm控件串口编程流程
• 5.3 GDI绘图
• 5.4 小结
• 第六章 实验结果分析与结论
• 6.1 实验结果
• 6.2 结果分析与小结
• 第七章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 附录
• 硕士学位论文详细摘要